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亘 真吾
JNC TJ8410 99-008, 41 Pages, 1999/12
核燃料サイクル開発機構殿(以下、サイクル機構殿と称す)は、地層処分研究の天然バリア中の核種移行に係わる不均質岩盤中における巨視的分散現象を解明するために、多孔質媒体水理試験設備(通称:MACRO試験装置)を開発し、実験施設内で人工的に作成した不均質場においてこれまでに数多くのトレーサー試験を実施してきた。トレーサー試験で得られた試験結果から場の特性が巨視的分散現象に及ぼす影響を明らかにするためには、不均質特性を有する場における巨視的分散長を算定する必要がある。本役務作業では、単一孔トレーサー試験で得られた試験結果から巨視的分散長の算定を実施した。具体的には、サイクル機構殿が行った全18ケースの単一孔トレーサー試験により得られたデータに基づいて、トレーサー濃度の破過曲線と理論解とのフィッティングにより算定した。なお、算定にあたってはトレーサー試験により得られた測定データのばらつきの処理や解析精度の補正を行った。本役務作業の結果の概要は次のとおりである。・18ケースの試験結果と理論解を最小二乗法を用いてフィッティングし、分散長の算定を行った。そのうち7ケースについてはフィッティング精度が良くなかったため、原因を検討し再計算を実施した。その結果、フィッティング精度が向上し、分散長が得られた。・分散長がトレーサー濃度フロントの平均半径の拡大(トレーサ注入総体積の増加)にともなって増加する傾向が確認できた。ただし、一部のケースについては試験やデータ評価の精度の限界から上述の傾向とは異なった結果が得られた。・不均質場Bを用いたケースのほう不均質場Aを用いたケースよりも、分散長が大きくなる傾向が確認された。
畑中 耕一郎; 亘 真吾; 井尻 裕二*
JNC TN8400 99-094, 81 Pages, 1999/11
地下水シナリオを想定した地層処分システムの安全評価においては、従来より、単一のガラス固化体を基本として、人工バリア中及び天然バリア中の核種移行解析が行われ、その結果に生物圏の解析で得られた線量換算係数及び処分場に設置される予定のガラス固化体の総本数を乗じることにより全体システムの安全性が論じられている。このような性能評価手法に対し、本研究では、処分場内に埋設されたガラス固化体が多重ソースとして作用し、その結果生じると考えられる核種濃度の干渉現象に着目し、その影響を評価することができるモデル・コードを新たに構築した。また、既存コードとの比較解析を通して、新たに構築したコードの検証を行うとともに、第2次取りまとめレファレンスケースのデータを使用して濃度干渉効果の概括的評価を試みた。その結果、単一のガラス固化体を基本とした従来の評価手法から得られる核種移行率に比べ、濃度干渉効果を考慮に入れた解析から得られる核種移行率は約2オーダーのピーク値の低減効果が見られた。ここでの結果は、濃度干渉効果が最大の場合に相当し、処分場の2次元、3次元的な流れを考慮した検討が今後必要である。
澤田 淳; 井尻 裕二; 坂本 和彦*; 亘 真吾
JNC TN8400 99-093, 58 Pages, 1999/11
本報告書は、地層処分研究開発の第2次とりまとめ(わが国における高レベル放射性廃棄物の地層処分の技術的信頼性)の天然バリア中核種移行評価に資することを目的に、亀裂特性の不均質性を考慮した核種移行評価手法について検討した結果をとりまとめたものである。解析評価においては、100メートルスケールの亀裂性岩盤を対象に、3次元亀裂ネットワークモデルならびに1次元モデルの重ね合わせ手法を用いた。亀裂ネットワークモデルを用いた核種移行解析の結果、核種移行率はリアライゼーション毎に異なるものの、数10個のリアライゼーションを用いることでその統計的な傾向を捕らえることが可能で、かつその信頼区間を評価することができることがわかった。また、設定した基本ケースのデータ設定の範囲においては、亀裂構造に関わるパラメータ(亀裂密度、半径等)が100mスケールの核種移行遅延効果に与える影響は小さいことがわかった。核種移行遅延効果に対して影響が大きい透水量係数の不均質性に着目した1次元モデルの重ね合わせ手法を用いて解析した結果が亀裂ネットワークモデルを用いた解析結果にほぼ近似できることがわかった。ただし、本手法の適用においては、移行経路特性の核種移行遅延効果に対する影響を把握した上で適用することが肝要と考えられる。さらに、3次元亀裂ネットワークの結果が1次元モデルの重ね合わせにより近似できることから、亀裂ネットワーク構造内における処分坑道から下流側断層に至る大きな亀裂が核種移行評価上重要な役割を果たすことが示された。
井尻 裕二; 澤田 淳; 坂本 和彦*; 亘 真吾; K.E.Web*; 中島 研吾*; 野邊 潤*
JNC TN8400 99-092, 91 Pages, 1999/11
高レベル放射性廃棄物の地層処分における天然バリアの性能評価においては、我が国の岩盤を亀裂中の流れが支配的な亀裂性岩盤と岩石基質内の流れが支配的な多孔質岩盤に分類し、それぞれに対して亀裂ネットワークモデルを用いた核種移行評価手法と不均質連続体モデルを用いた核種移行評価手法を開発した。本書は、後者の多孔質岩盤モデルによる核種移行評価手法とその評価結果について報告するものである。多孔質岩盤モデルに関しては、東濃鉱山の新第三紀堆積岩で測定されたデータに基づいて不均質連続体モデルを構築し、核種移行解析を実施した結果、Se-79やCs-135が支配的な核種となることがわかった。多孔質岩盤モデルに対するパラメータの感度を評価するために1次元均質モデルを用いて感度解析を実施した結果、有効間隙率が解析結果に及ぼす影響は小さいのに対し、透水係数が結果に及ぼす影響は大きいことがわかった。また、岩種では泥質岩・凝灰質岩よりも砂質岩の方が、地下水では降水系地下水よりも海水系地下水の方が分配係数が小さく核種移行率が大きくなることがわかった。さらに、亀裂だけでなく岩石基質中の流れも有意な亀裂性岩盤と多孔質岩盤の特性を併せ持つ一部の新第三紀堆積岩に対して亀裂性岩盤モデルと多孔質岩盤モデルの重ね合わせにより評価を実施した結果、多孔質岩盤モデルよりも亀裂性岩盤モデルの方が保守的に評価されることがわかった。本書で得られた結果は、東濃鉱山の深度数10mから200m以浅のボーリング孔で得られたデータに基づいた結果であるため、実際の処分深度500mでは岩盤の透水性はさらに低くなり、核種移行率もさらに低減されると考えられる。
中川 啓*; 神野 健二*; 井尻 裕二; 亘 真吾; 畑中 耕一郎; 内田 雅大
JNC TY8400 99-005, 121 Pages, 1999/06
高レベル放射性廃棄物地層処分システムの核種移行に対して、数値シミュレーションによる検討が行われるが、分散係数はその重要なパラメーターである。処分の行われる地層自体は、透水係数などの水理パラメーターに関して不均一性を有しており、これにより分散係数も変動する。以上のような点をふまえ、本研究では不均一浸透場における物質の移流分散挙動を明らかにするための基礎的な知見を得るため、浸透場の不均一性に起因する巨視的な分散に関する検討を行った。本研究は平成8年度から平成10年度にかけて九州大学とサイクル機構(旧動燃)と共同で実施した。平成8年度は、トレーサー輸送に対する数値計算モデルの妥当性について室内試験結果と比較することにより検討した。また、不均一浸透場におけるトレーサーの移流分散挙動と巨視的分散のメカニズムについて詳細に検討した。平成9年度は、帯水層の構成材料に基づく微視的な分散とこれらの不均一な分布に起因する巨視的分散や選択的流れなどとの相互作用について数値実験により検討するとともに積分特性距離と巨視的分散が収束するまでに必要な流下距離や流下時間との関係をまとめた。また、室内での単孔式トレーサ試験を実施し、トレーサの移行距離と分散長の関係について検討した。平成10年度は、巨視的分散係数は、トレーサーの流下距離に応じて初期に直線的に増加し、遷移領域を経て一定値に収束する。この場合、観測井戸におけるトレーサーの分散がどのような段階にあるのかを知る必要性があるため、トレーサー試験の結果と解析解の濃度時系列に関して適合度検定を適用して判別する方法を検討した。また、注入井戸と観測井戸の透水係数の鉛直分布、及び観測井戸におけるトレーサーの破過曲線を用いた浸透場の特性評価についても検討した。また、ドイツのHorkheimer Inselで行われたトレーサー試験に対して、この浸透場の特性評価方法を適用した。その結果、観測井戸内の数値計算によるトレーサーの時系列と観測結果は、概ね同じ傾向を示し、不均一浸透場発生モデルのパラメーター調整する本手法の妥当性を示した。本報告書では上記した3年間(平成8年度
平成10年度)の九州大学とサイクル機構の共同研究成果を取りまとめた。
赤堀 邦晃; 内田 雅大; 亘 真吾
PNC TN8410 98-118, 58 Pages, 1998/10
動燃事業団東海事業所廃棄物屋外貯蔵ピット周辺における水理場を理解するため、同ピット周辺の地質構造をモデル化し、水理解析を実施した。また、同ピット方向から新川に流入する地下水の流量を試算した。解析モデルを作成するため、同ピット周辺の地質構造を主要な5層(上位より、盛土層、砂丘堆積層、上部礫層、埋没谷堆積層、基盤層、)にモデル化した。解析対象領域は同ピットを含む100m(東西)
126m(南北)58m(深さ:標高-50m+8m)の範囲とした。解析モデルにおいては、対象領域内の主要な地下構造物をモデル化した。水理解析を行う際の境界条件としては、上流側および下流側境界を固定水頭境界条件とし、それ以外の部分は不透水境界条件とした。下流側境界の水頭は新川の標高に固定し、孔内水位の測定結果と矛盾しない範囲で上流側の水頭についてキャリブレーションを行い最終的にTP1.5m(通常時)およびTP3.0m(増水時)とした。解析の結果をまとめると以下のようである。・流れは、基本的に新川に向かっている・流れは、砂丘堆積層および上部礫層で卓越している・盛土層、砂丘堆積層、上部礫層中の流れが全て新川に流入すると仮定し、モデル下流側境界全長の流量を試算した結果、年間:1.02104m3/yr(通常時:上流側境界条件TP1.5mの場合)2.13104m3/yr(増水時:上流側境界条件TP3.0mの場合)となった。
神野 健二*; 中川 啓*; 細川 土佐男*; 畑中 耕一郎*; 井尻 裕二*; 吉田 隆史*; 亘 真吾
PNC TY1606 98-001, 54 Pages, 1998/03
核種移行パラメータの1つである分散係数は、数多くの原位置試験結果より地層の不均質性の影響を受けスケール依存性を示すことが知られており、評価スケールに応じた分散係数を設定することは地層処分システムの性能評価上重要な課題となっている。ところが、原位置での測定には限界があるために分散係数のスケール依存性に関しては未だ十分に解明されておらず、これまでに成層構造を持つ地層に対する理論的な研究があるだけである。そこで、動燃事業団では、不均質多孔質媒体トレーサ試験設備(略称MACRO)を用いて人工的に作成した不均質場においてトレーサ試験を実施し、不均質場が分散現象に及ぼす影響について研究を進めてきた。特に、昨年度の共同研究では動燃事業団と九州大学の保有するコードを用いてシミュレーション解析を実施し、解析結果の比較によりそれぞれのコードの適用性を明らかにしている。本年度は、新たに作成した不均質場において単孔式のトレーサ注水・揚水実験を実施し分散長を測定し、不均質特性が分散現象に及ぼす影響について検討を行った。一方、昨年度の研究において適用性を確認した計算コードを用いて数値シミュレーションにより不均質多孔質媒体中のトレーサ挙動を解析し、不均質特性とそれに起因する分散現象について検討を行った。トレーサ注水・揚水試験により測定した分散長を検討した結果、本試験が場の不均質性に起因する巨視的分散現象を検討する上で有効であることを確認した。また、数値シミュレーションにより不均質場におけるトレーサ移行挙動を検討した結果、不均質場の確率統計的特性を代表するパラメータとして用いた積分特性距離と巨視的分散係数の関係についての知見を得た。
神野 健二*; 中川 啓*; 細川 土佐男*; 畑中 耕一郎; 井尻 裕二*; 亘 真吾; Webb, E. K.*; 金澤 康夫*; 内田 雅大
PNC TY1606 97-001, 44 Pages, 1997/03
高レベル放射性廃棄物地層処分システムの核種移行評価上の重要パラメータとして分散係数がある。分散係数は平均的な流速からの変動成分により運ばれるフラックスが濃度勾配に比例すると仮定した場合の比例係数であるので、流速の関数として表される。また、媒体の幾何学的特徴に応じて、分散の効果が異なってくるので幾何学的特徴を代表とする特徴的な長さ(分散率)の関数でもある。分散率は地層の不均質な構造による影響を受けてスケール依存性を示す。したがって、分散係数が定義できる代表的な体積要素およびそのスケールに応じた適切な分散率を設定することは核種移行評価における重要な課題となっている。このため動燃では、多孔質媒体水理試験設備(MACRO)を製作し、試験を行い、不均質場での分散現象の解明に取り組んでいる。MACRO試験では、粒形の異なる数種類のガラスビーズを用いた不均質な透水係数場を人工的に作成し、通水試験とトレーサ試験を行うことができる。本研究では、MACRO試験で得られるデータを用いて、動燃保有の解析モデル/手法と九州大学保有のモデル/手法を相互比較することによってこれらのモデルの特性や適用性を検討した。動燃では、物質移動について粒子追跡法およびオイラリアンーラグランジアン法を用いた。九州大学では、特性曲線法を用いた。本共同研究により、動燃保有の粒子追跡法を適用した物質移動モデルはメッシュ分割、粒子数に解の精度が依存するため使用にあたっては注意が必要であることが分かった。特性曲線法を適用したモデルについては比較的精度良く物質移動現象を評価可能であることを確認した。また、不均質透水係数場において水理計算を行う場合、有限差分法と有限要素法では結果に差が生じる可能性があることが示された。
畑中 耕一郎; 亘 真吾; 内田 雅大; 高瀬 博康*; Impey, M. D.*
Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.412, 739- Pages, 1996/00
高レベル放射性廃棄物地層処分研究において、天然バリアである地層は、移行する核種を遅延、分散/希釈させる役割を持っており、多重バリアシステムを構成する重要な要素の一つである。これまで実施された性能評価では、標準的な一次元の移流分散モデルが巨視的観点から使用され、物質移行に関する重要パラメータである分散率のスケール依存性が考慮に入れられた。しかしながら、このスケール依存性は地層の不均質性に依存して生じるものであるので、この不均質性を定量的に把握するとこによりこの中での分散現象は明らかになるものと考えられる。したがって、本研究では不均質透水係数場を作成することのできる室内試験装置MACROを用いて水理・トレーサ試験を行い、試験結果と解析結果の比較を実施した。MACROは長さ2m、高さ1m、深さ0.1mの多孔質媒体槽を有し、この中に不均質透水係数場が作成できる。不均質透水係数場は、均一のガラスビ
畑中 耕一郎; 亘 真吾*; 金澤 康夫*; 内田 雅大; 石黒 勝彦; 石川 博久
PNC TN8410 95-377, 57 Pages, 1995/11
高レベル放射性廃棄物地層処分システムの性能評価において、地層中の物質の分散現象はモデルで考慮すべき重要なプロセスの一つであり、地層の不均質性に影響を受ける。このような分散現象を人工的に明確に定義された不均質場を用いた水理/物質移動試験により理解するために、室内試験設備MACROを製作した。媒体槽内の不均質場は粒径の異なる6種類のガラスビーズ(粒径0.10.8mmの範囲)から構成される。試験では染料とNaCl溶液がトレーサとして使用された。流れの解析ではダルシー則と流れの連続性を仮定した定常モデルが差分法により解法され、流れ場が算出された。トレーサの移動は、算出された流れ場を使用して、移流プロセスを考慮したパーティクルトラッキング法により解法され、分散現象は高解像度の計算格子上での局所的な移流速度の変動で表現できると仮定された。パーティクルトラッキング法により得られた計算結果は試験結果と良好な一致を示し、本研究で採用したモデリング手法の妥当性が確認できた。
亘 真吾*; 北山 彩水; 三ツ井 誠一郎; 谷口 直樹; 木村 航*; 梶山 浩志*
no journal, ,
使用済燃料の直接処分における処分容器の長寿命化を目的として純銅の適用が検討されている。純銅は、一般的に低酸素濃度の水溶液環境では熱力学的な安定性によりほとんど腐食は進展しないが、硫化物濃度条件によっては、熱力学的安定性を失い腐食が進展する。本研究では、硫化物が存在する処分環境を模擬して種々の硫化水素濃度のガスを吹き込んだ条件での純銅の腐食進展挙動を把握するための浸漬試験および応力腐食割れ挙動を把握するためのUベンド試験を実施した。
